Điều hòa và chức năng của ty thể

TÓM TẮT

Bệnh ty thể nguyên phát – Bệnh ty thể nguyên phát là các rối loạn có nguồn gốc di truyền, trong đó sự rối loạn chức năng ty thể là nguyên nhân gây bệnh. Các bệnh lý này bao gồm bệnh cơ, bệnh não – cơ và các bệnh hệ thống (bảng 1). Nguyên nhân có thể do các biến thể gây bệnh trong DNA nhân (germline) hoặc DNA ty thể (mtDNA). Tỷ lệ lưu hành chung khoảng 1/4300. (Xem thêm ‘Rối loạn ty thể nguyên phát’ và ‘Tỷ lệ lưu hành’ ở dưới.)

Các nguyên nhân khác gây rối loạn chức năng ty thể – Nhiều tình trạng bệnh lý ở người có biểu hiện rối loạn chức năng ty thể, bao gồm các bệnh thoái hóa thần kinh, tim mạch, ung thư, miễn dịch, gan và các bệnh tự miễn. Một số loại thuốc (như thuốc ức chế enzyme sao chép ngược kháng virus, thuốc kháng sinh) cũng có thể gây rối loạn chức năng ty thể. (Xem thêm ‘Các rối loạn thay đổi chức năng ty thể’ và ‘Rối loạn ty thể do thuốc’ ở dưới.)

Cấu trúc và điều hòa – Ty thể có nguồn gốc từ vi khuẩn hiếu khí xâm nhập vào tế bào tiền nhân thực cách đây hơn một tỷ năm. Ty thể hiện diện trong tất cả các tế bào nhân thực, ngoại trừ hồng cầu trưởng thành, và tập trung nhiều đặc biệt ở những tế bào có nhu cầu năng lượng cao (từ hàng trăm đến hàng nghìn ty thể mỗi tế bào). Ty thể gồm bốn ngăn chính (hình 1) và tạo thành một mạng lưới liên kết động, liên tục trải qua quá trình hợp nhất và phân chia. Bộ gene dạng vòng sợi kép của ty thể mã hóa 13 protein trong chuỗi hô hấp (hình 2), cùng với các gene mã hóa cho RNA vận chuyển và RNA ribosome. Quá trình sao chép mtDNA diễn ra độc lập với chu kỳ phân chia tế bào. (Xem thêm ‘Cấu trúc và điều hòa’ ở dưới.)

Chức năng – Ty thể được ví như “nhà máy năng lượng” của tế bào, sản xuất năng lượng dưới dạng ATP (adenosine triphosphate) thông qua chu trình Krebs, quá trình oxy hóa acid béo và phosphoryl hóa oxy hóa (hình 4). Ngoài ra, ty thể còn đóng vai trò trong quá trình chết tế bào theo chương trình (apoptosis), cân bằng nội môi canxi, phản ứng viêm, miễn dịch và lão hóa. (Xem thêm ‘Chức năng tế bào’ ở dưới.)

Di truyền học

• Gene nhân – Bệnh ty thể nguyên phát do các biến thể gây bệnh trong gene nhân tuân theo các quy luật di truyền Mendel (di truyền trội trên nhiễm sắc thể thường, lặn trên nhiễm sắc thể thường hoặc liên kết nhiễm sắc thể X). (Xem thêm ‘Gene nhân’ ở dưới.)
• Gene ty thể – Gene ty thể di truyền theo dòng mẹ, vì chỉ có tế bào trứng cung cấp ty thể cho phôi đang phát triển. mtDNA có tỷ lệ đột biến cao hơn DNA nhân do thiếu các histone bảo vệ và sự hiện diện của nhiều gốc tự do oxy gây tổn thương DNA. Khi xảy ra đột biến gây bệnh, đột biến này thường chỉ xuất hiện trong một nhóm nhỏ các bản sao mtDNA (tình trạng dị bào – heteroplasmy), có thể xảy ra ở cấp độ ty thể, tế bào hoặc mô. Điều này tạo ra “hiệu ứng ngưỡng”, theo đó các dấu hiệu lâm sàng chỉ biểu hiện rõ khi số lượng tế bào bị ảnh hưởng đạt đến một ngưỡng nhất định. (Xem thêm ‘Gene ty thể’ ở dưới.)